Interrelationship of angiogenesis and lymphangiogenesis in a murine model: phenotypic transformation of intimal and adventitial lymphatics in atherosclerosis: a regulatory role for soluble VEGF receptor 2

Abstract

Inflammation is a key component of atherosclerosis. Lymphangiogenesis is a common feature of inflammatory processes. Yet the role of lymphatics in atherosclerosis is not understood. Here, we investigate lymphatic growth dynamics and marker expression in atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient (apoE-/-) mice, one of the most commonly used murine models of atherosclerosis. These mice lack apolipoprotein E an essential lipoprotein for the transport of lipids and thus develop spontaneous atherosclerotic lesions similar in many aspects to those found in humans. The prolymphangiogenic growth factor, vascular endothelial growth factor-C (VEGF-C), binds to its receptor vascular endothelial growth factor-3 (VEGFR-3) to promote lymphangiogenesis. VEGF-C was elevated in atherosclerotic aortic walls. Despite increased VEGF-C, we found that adventitial lymphatics regress during the course of formation of atherosclerosis (P< 0.01). Similar to lymphatic regression, the number of lymphatic vessel endothelial hyaluronan receptor 1 (LYVE-1+) macrophages decreased in the aortic adventitia of apoE-/-mice with atherosclerosis (P< 0.01), which are considered to play a crucial role in inflammation associated lymphangiogenesis. Further we observed intimal lymphatics in atherosclerotic lesions, which exhibited an atypical phenotype. They expressed the lymphatic endothelial markers podoplanin and VEGFR-3 but not LYVE-1 and prospero homeobox protein 1. In the aortas of atherosclerotic animals, we found markedly increased soluble VEGFR-2. VEGFR-2 is usually the main receptor for VEGF-A in the process of angiogenesis. We hypothesized that the elevated soluble VEGFR-2 that was found in the aortas of apoE-/-mice with atherosclerosis binds to and diminishes the activity of VEGF-C. This trapping mechanism explains, despite increased VEGF-C in the atherosclerotic aortas, how adventitial lymphatics regress. Lymphatic regression impedes the drainage of lipids, growth factors, inflammatory cytokines, and immune cells. Insufficient lymphatic drainage could thus exacerbate atherosclerosis formation. Our study contributes new insights to previously unknown dynamic changes of adventitial lymphatics. Targeting soluble VEGFR-2 in atherosclerosis may provide a new strategy for the liberation of endogenous VEGF-C and the prevention of lymphatic regression.

Inflammation nimmt einen wesentlichen Bestandteil in der Pathogenese der Atherosklerose ein. Lymphgefäße und ihre Neubildung spielen in inflammatorischen Prozessen eine entscheidende Rolle. Ihr Verhalten in der Pathophysiologie der Atherosklerose ist bisher nur vereinzelt beschrieben und bedarf weiterer Erforschung. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir die Wachstumsdynamik von Lymphgefäßen und die Expression von Lymphgefäßmarkern bei der Atherosklerose in Apolipoprotein Edefizienten (apoE-/-) Mäusen, einem der gängigsten murinen Modelle zur Erfoschung der Atherosklerose. Diesen Mäusen fehlt das zum Transport von Lipiden notwendige Apolipoprotein E, wodurch sie spontan atherosklerotische Plaques entwickeln, welche denen bei Menschen in vielen Aspekten ähneln. Der prolymphangiogenetische Wachstumsfaktor Vascular Endothelial Groth Factor-C (VEGF-C) geht eine Bindung mit seinem Rezeptor VEGF-Rezeptor-3 (VEGFR-3) ein, um die Neubildung von Lymphgefäßen zu ermöglichen. Atherosklerotisch veränderte aortale Gefäße zeigten eine erhöhte Expression von VEGF-C. Trotz erhöhter VEGF-C Expression beobachteten wir jedoch eine Regression von adventitialen Lymphgefäßen während der Entwicklung von Atherosklerose (P< 0.01). Mit der Lymphregression, verringerte sich die Anzahl von Lymphgefäßendothel-Hyaluron-Rezeptor-1 (LYVE-1+) exprimierenden Makrophagen in der Adventitia von apoE-/- Mäusen mit Atherosklerose (P< 0.01), welchen bei der inflammationsassozierten Lymphgefäßneubildung eine wesentliche Beteiligung beigemessen wird. Des Weiteren beobachteten wir intimale Lymphgefäße in atherosklerotischen Läsionen mit einem atypischen Phänotyp. Diese Gefäße exprimierten die Lymphgefäßmarker Podoplanin und VEGFR-3, wohingegen die Expression von LYVE-1 und Prospero-Homeobox-Protein-1 nicht zu beobachten war. In Aorten von Mäusen mit Atherosklerose zeigte sich eine verstärkte Expression von nicht membrangebundenem VEGFR-2. VEGFR-2 wird in der Regel auf Blutendothel exprimiert und ist hauptsächlich Rezeptor für VEGF-A im Rahmen der Blutgefäßneubildung. Wir vermuten, dass das erhöhte nicht membrangebundene VEGFR-2 an VEGF-C bindet und dessen Wirkung somit blockiert. Dieser Fallenmechanismus könnte die Regression von adventitialen Lymphgefäßen trotz erhöhtem VEGF-C erklären. Regression von Lymphgefäßen vermindert die Drainage von Lipiden, Wachstumsfaktoren, inflammatorischen Zytokinen und Immunzellen. Insuffiziente Drainage über Lymphgefäße könnte demzufolge zu einer Verstärkung der Atherosklerosebildung führen. Unsere Untersuchungen tragen zu neuen Einsichten über zuvor unbekannte dynamische Veränderungen von adventitialen Lymphgefäßen bei. Nichtmembrangebundenes VEGFR-2 in Atherosklerose ins Visier zu nehmen, könnte eine neue Strategie werden, endogenes VEGF-C freizusetzen, um so eine Regression von Lymphgefäßen zu verhindern.